一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料及其制备和使用方法技术

技术编号:38754891 阅读:9 留言:0更新日期:2023-09-10 09:40
本发明专利技术公开了一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料及其制备和使用方法,所述材料包括低熔点的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料及其制备和使用方法


[0001]本专利技术属于合金材料连接
,具体涉及一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料及其制备和使用方法。

技术介绍

[0002]航空发动机是现代强国的象征,也是大国博弈的关键要素,被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。为了发展高推重比的先进航空发动机,现今的航空发动机愈来愈多地采用整体叶盘结构,而摒弃了传统的盘片分离式榫接结构。采用整体叶盘轻量化设计结构可以减轻20%

30%的重量,同时可以有效减少传热阻力和传热界面,提高航空发动机的热效率。涡轮盘和叶片使用的材料通常在特性上有很大的不同。随着航空发动机推重比的增大,对于叶片材料的高温性能要求越来越高,涡轮叶片材料进入单晶高温合金时代。先进航空发动机涡轮盘材料通常采用多晶高温合金如粉末高温合金、变形高温合金、铸造高温合金等。因此,实现单晶高温合金与多晶高温合金的高性能连接,从而制造整体式涡轮叶盘已成为发展新型先进航空发动机急需解决的关键技术。
[0003]目前用于单晶/多晶高温合金的连接方法主要有熔焊、钎焊、线性摩擦焊、瞬时液相扩散连接,这些方法均存在局限性。镍基高温合金常用的熔焊方法主要有电子束焊和激光焊。由于镍基高温合金中Al+Ti含量通常大于6wt.%,这导致其在熔化焊时,接头不可避免地会出现凝固裂纹。高温合金的钎焊和瞬时液相扩散连接均采用Si、B作为降熔元素制备连接材料,连接后接头易残留Si、B的脆性化合物,导致接头性能极差(50%以下)。虽然经过长时间的保温处理可以消除上述脆性化合物,但由此又会导致多晶高温合金母材晶粒严重长大,导致多晶高温合金母材力学性能急剧恶化,使得传统的钎焊和瞬时液相扩散连接均不适用于单晶和多晶高温合金的连接。单晶高温合金和多晶高温合金在线性摩擦焊时,由于两者高温强度差异很大导致单晶高温合金难以引入塑性变形,使多晶高温合金摩擦面转移容易,导致氧化物夹杂和微裂纹等缺陷。此外,单晶/多晶高温合金的线性摩擦焊还会因为异种合金热胀系数的不匹配容易在接头中产生残余应力。因此,线性摩擦焊并非是单晶/多晶高温合金连接的合适工艺。

技术实现思路

[0004]为解决高性能航空发动机整体式涡轮叶盘制造中单晶高温合金与多晶高温合金的高性能连接问题,本专利技术开提出了一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料及其制备和使用方法。
[0005]本专利技术提供一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料,所述材料包括低熔点的Ni

Ti合金粉末、高熔点的Ni基合金粉末。
[0006]作为本专利技术的一个实施例,所述低熔点的Ni

Ti合金的化学成分为:Ti25.0~45.0wt.%,其余为Ni。
[0007]作为本专利技术的一个实施例,所述高熔点的Ni基合金粉末的化学成分为:Cr 5.0~20.0wt.%,Co 5.0~15.0wt.%,Mo 5.0~10.0wt.%,W 5.0~10.0wt.%,其余为Ni。
[0008]作为本专利技术的一个实施例,所述低熔点的Ni

Ti合金粉末粒度不大于100μm,熔点不高于1200℃;所述高熔点的Ni基合金粉末粒度不大于100μm,熔点不低于镍基单晶高温合金固溶热处理温度。
[0009]作为本专利技术的一个实施例,所述材料中,低熔点的Ni

Ti合金粉末与高熔点的Ni基合金粉末的体积比为1~4:1;所述材料为平均粒径范围在5~106μm的球形和/或近球形合金粉末。
[0010]作为本专利技术的一个实施例,所述单晶高温合金为采用定向凝固工艺制备而成的镍基单晶高温合金;
[0011]所述多晶高温合金为采用热等静压工艺制备的粉末高温合金。
[0012]本专利技术第二方面提供一种第一方面所述材料的制备方法,所述方法包括:所述材料由电极感应熔炼气雾化制粉法或等离子旋转电极制粉法制备,所述低熔点的Ni

Ti合金粉末与所述高熔点的Ni基合金粉末采用行星球磨机混合60~120min,转速为200

240r/min,即得所述材料。
[0013]本专利技术第三方面提供一种第一方面所述材料或采用第二方面所述方法制备的材料进行单晶高温合金和多晶高温合金连接的方法,所述方法包括:
[0014]S1:单晶高温合金和多晶高温合金待连接表面清理:依次用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#砂纸打磨所述单晶高温合金和所述多晶高温合金待连接表面;然后依次完全浸没于丙酮中,超声清洗10

20min;清洗结束后,取出放入真空干燥箱中烘干,烘干温度为50~80℃,烘干时间为20~40min;清理后,待连接表面无油污及氧化物残留;
[0015]S2:预置连接材料:将所述连接材料与有机溶剂搅拌均匀成膏状,均匀涂抹于单晶高温合金和多晶高温合金待连接表面,涂抹的连接材料厚度约0.2

0.4mm;
[0016]S3:待连接件装配:将涂抹适量连接材料后的单晶高温合金和多晶高温合金待连接件放入专用的连接夹具中;
[0017]S4:连接:连接时采用真空钎焊炉并施加持续压力,当炉内真空度达到5
×
10
‑3Pa时开始加热,升温速率为10~15℃/min,升温至低于所述多晶高温合金固溶热处理温度,保温30~120min后炉冷降温,即可。
[0018]作为本专利技术的一个实施例,步骤S2中,所述有机溶剂选自松油醇和/或酒精。
[0019]作为本专利技术的一个实施例,步骤S4中,所述连接的温度为1100℃~1200℃,保温时间为30~120min。
[0020]本专利技术提供的上述技术方案至少带来的有益效果:
[0021](1)本专利技术采用低熔点的Ni

Ti合金粉末和高熔点的Ni合金粉末混合作为单晶高温合金和多晶高温合金的连接材料,不含Si和B等降熔元素,连接层不存在富Si和B脆性化合物或共晶组织,且不需要通过长时间的保温扩散实现成分均匀化;
[0022](2)本专利技术的连接材料由两种合金粉末混合形成,接头的成分均匀化过程属于大扩散面积、短扩散距离的快速扩散机制,因而可以大大加快连接过程的动力学;
[0023](3)本专利技术单晶高温合金和多晶高温合金的连接可在较低的连接温度和非常短的
连接时间条件下完成,从而极大地降低了连接过程对多晶高温合金母材的影响;
[0024](4)本专利技术的单晶高温合金和多晶高温合金连接材料连接后可形成与母材成分和组织结构一致的多晶高温合金连接层,获得单晶高温合金和多晶高温合金如粉末高温合金、变形高温合金、铸造高温合金的高性能连接接头。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连接单晶高温合金和多晶高温合金的材料,其特征在于,所述材料包括低熔点的Ni

Ti合金粉末、高熔点的Ni基合金粉末。2.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述低熔点的Ni

Ti合金的化学成分为:Ti 25.0~45.0wt.%,其余为Ni。3.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述高熔点的Ni基合金粉末的化学成分为:Cr 5.0~20.0wt.%,Co 5.0~15.0wt.%,Mo 5.0~10.0wt.%,W5.0~10.0wt.%,其余为Ni。4.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述低熔点的Ni

Ti合金粉末粒度不大于100μm,熔点不高于1200℃;所述高熔点的Ni基合金粉末粒度不大于100μm,熔点不低于镍基单晶高温合金固溶热处理温度。5.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述材料中,低熔点的Ni

Ti合金粉末与高熔点的Ni基合金粉末的体积比为1~4:1;所述材料为平均粒径范围在5~106μm的球形和/或近球形合金粉末。6.根据权利要求1所述的材料,其特征在于,所述单晶高温合金为采用定向凝固工艺制备而成的镍基单晶高温合金;所述多晶高温合金为采用热等静压工艺制备的粉末高温合金。7.一种采用权利要求1~6中任意一项所述材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:所述材料由电极感应熔炼气雾化制粉法或等离子旋转电极制粉法制备,所述低熔点的Ni

Ti合金粉末与所述高熔点的Ni基合金粉末采用行星球磨机混合6...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄继华邹太勇陈浩鹏郎振乾叶政杨健王万里
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:

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